Согласно новому исследованию, самолеты, летящие над дождем или снегом, могут увеличить количество осадков в 10 раз.
Дождевые и снежные бури не вызваны выбросами самолетов, а являются своеобразным следствием прохождения крыльев самолетов через облака переохлажденных капель воды в облачных слоях над слоем активного дождя или снега.
При правильных условиях этот эффект может усилить дождь и снежные бури над аэропортами, где многие самолеты пересекают облачный слой при заходе на посадку и снижении.
"Самое интересное в этой особенности то, что она вызвана самолетами, а не загрязнением", - сказал Дмитрий Моисеев, исследователь из Хельсинкского университета и Финского метеорологического института и ведущий автор исследования. новое исследование в журнале геофизических исследований AGU: Атмосфера."Даже если бы были абсолютно экологические самолеты, в которых не было бы ни горения, ни топлива, ни чего-то еще, это все равно было бы."
Хотя полосы усиленных осадков создаются искусственно, физический процесс, запускаемый пролетом самолетов, может происходить естественным путем, что делает их полезными лабораториями для изучения образования осадков, считает Моисеев. Наблюдение за ними может помочь метеорологам прогнозировать естественные условия дождя и снега на 2-6 часов вперед, что очень важно для работы аэропорта.
«Когда вы, как и я, каждый день просматриваете данные радара, всегда происходит что-то интересное», - сказал Моисеев. «Как ни странно, всегда появляются новые вещи, которые мы до сих пор не можем объяснить».
Моисеев обнаружил любопытные полосы повышенного количества осадков при сканировании антенны радара в кампусе Университета Хельсинки в Кумпуле. Неестественно прямые пятна интенсивных осадков появлялись на фоне более слабого дождя или снега и как бы изгибались в сторону близлежащего аэропорта Хельсинки-Вантаа.
Их формы интригующе напоминали обратную сторону облачных образований, известных как падающие полосы, перфорированные или канальные облака, явления, которые могут возникать, когда самолет пролетает сквозь облака водяных капель, температура которых ниже 0 градусов по Цельсию (32 градуса по Фаренгейту). - но не мерзнут.
Новое исследование показывает, что подобное явление может усиливать или вызывать дождь или снегопад из слоев облаков, лежащих в основе этих переохлажденных слоев облаков.
Суперкруто
И крошечные капли воды, и кристаллы льда образуют облака. Чистая вода может оставаться жидкой при температуре до -40 градусов по Цельсию (-40 градусов по Фаренгейту) без частиц пыли или других подходящих поверхностей для кристаллизации семян в лед. Таким образом, капли воды, которые конденсируются в облака, могут быть намного холоднее, чем типичная точка замерзания 0 градусов по Цельсию (32 градуса по Фаренгейту). Такие переохлажденные жидкие облака распространены в облачных слоях низкого и среднего уровня.
Изменения атмосферного давления от пролетающего самолета могут привести к тому, что эти переохлажденные капли воды замерзнут в кристаллы льда. Воздух резко расширяется вслед за законцовками крыльев и пропеллеров, вызывая резкое локальное падение давления и температуры. Внутри облака капель воды, которое уже переохлаждено от -15 до -20 градусов по Цельсию (от 5 до -4 градусов по Фаренгейту), пролетающий самолет может понизить температуру ниже -40 градусов по Цельсию (-40 градусов по Фаренгейту) и спровоцировать образование кристаллы льда.
Новые кристаллы льда помогают заморозить больше переохлажденных капель воды, запуская цепную реакцию образования кристаллов по расширяющемуся кругу вокруг траектории полета самолета. Когда кристаллы падают, они создают отверстия или полосы чистого воздуха в облаке, иногда открывая окно голубого неба, если слой облаков тонкий. В большинстве случаев кристаллы льда испаряются до того, как достигают земли.
Метеорологи знали, что пролетающие мимо самолеты могут замораживать капли воды в кристаллы льда, и в предыдущих работах предполагалось, что этот процесс может усилить дождь и снег в нижележащих облаках, но этот эффект не был подробно зафиксирован.
Эндрю Хеймсфилд, старший научный сотрудник Лаборатории мезомасштабной и микромасштабной метеорологии Национального центра атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо, и исследователь, не связанный с новым исследованием, отметил возможность непреднамеренного образования переохлажденных облаков над аэропортами в предыдущая статья о формировании и распространении авиационных дыр в облаках. Он наблюдал аналогичные дуги усиленного снегопада на радиолокационных данных, собранных возле Денвера, штат Колорадо, бывшего аэропорта Стэплтон, в 1992 году.
Мы знаем, что самолеты могут вызывать осадки. У авторов этого исследования есть много случаев с замечательными данными наземных приборов - радара, лидара - хорошей информации о размере и концентрации частиц, а также данных радиозондов для показывают вероятную температуру образования», - сказал Хеймсфилд. «Им удалось задокументировать это явление».
Чтобы выяснить, могут ли стримеры повышенного количества осадков быть вызваны самолетами, Моисеев и его коллеги проанализировали данные метеорадара Хельсинкского университета за 11 лет и обнаружили 17 дней с повторяющимися случаями характерных линейных стримеров в период с декабря 2008 г. и январь 2018 г.
Они изучили траектории полета возле аэропорта, чтобы выяснить, не могут ли стримеры быть вызваны пролетающими самолетами. Траектории полета, заархивированные до 2011 года, подтвердили, что в большинстве наблюдаемых случаев самолеты пролетали в пределах 2-10 километров (1-6 миль) от стримеров с интенсивными осадками.
«Усиленные осадки в основном повторяют траекторию полета самолета над облаком», - сказал Моисеев. «Он может простираться на сотни километров, но в поперечном сечении может быть около 100 метров. Так что это очень узкая и длинная деталь».
Посев снега
Дополнительные кристаллы льда увеличивают скорость, с которой кристаллы сталкиваются, образуя более крупные снежинки, что, по словам авторов, усиливает снегопад.
Это может произойти, если самолет пролетит прямо через осаждающееся облако, но авторы подозревают, что происходит что-то более сложное, потому что их данные определяют начальную высоту усиления дождя и снега намного выше слоя, который уже осаждается.
Новое исследование приходит к выводу, что кристаллы льда, генерируемые самолетами, скорее всего, падают из переохлажденного верхнего слоя облаков в нижний слой, где активно идет дождь или снег, порождая больше дождя или снега из нижнего слоя облаков.
Спутниковые данные подтверждают этот сценарий, показывая верхний слой облаков, состоящий из переохлажденных капелек или смеси льда и воды, нагретый примерно до нужной температуры, чтобы превратиться в кристаллы льда под воздействием самолетов. Этот верхний сверххолодный слой плавает на типичной высоте захода на посадку самолетов, летящих в аэропорт Хельсинки-Вантаа.
Дождь и снег, искусственно усиленные воздушным движением, дают полезные подсказки для естественных осадков и факторов, влияющих на эффективность образования, по словам Моисеева. Стримеры - это случайные эксперименты, которые позволяют исследователям наблюдать за эффектом на пути летательного аппарата и сразу за его пределами и задавать вопросы о видах происходящих микрофизических процессов.